操作系统 程序装入与链接

存储器的层次结构

• 从上到下：存储空间越来越大，但是调用的速度越来越慢
• 为什么需要多级存储体系？
  这样我们可以实现用最小的成本换最大的资源

程序的装入（地址变换）

• 为什么需要装入程序
  因为程序在执行的过程中，只能从实际地址中读取变量的内容，跳转目标指令，但是我们程序在编写的时候，使用的都是相对地址，我们认为地址都是从零开始的，所以需要程序装入来实现从逻辑地址到物理地址的映射

根据装入的时机不同，分为三种装入方式
1、绝对装入

• 在程序编译的时候，直接确定各个指令或者变量的物理地址，再产生汇编语言，生成目标代码
  缺点：实现需要知道存储器的内部结构，对开发人员要求很高
  应用：单片机

2、可重定位装入方式

• 在程序装入的时候根据转入位置修改程序中访存的地址，再用物理地址替换逻辑地址
  缺点：不允许程序运行时候再内存中移动位置
  应用：在多道程序环境

3、动态运行时装入方式

• 程序装入的时候不修改存储位置，等待取程序或者实际访问的时候再转换逻辑地址到物理地址，再读写存储器
  缺点：复杂度增加
  应用：程序可以在内存中移动

程序的链接

• 为什么要链接：多个源程序会产生一组目标代码模快，加上访问到的库文件的模块，一起链接成一个可以执行的程序。但是每个模块的逻辑地址都是从0开始的，链接的时候需要给不同的模板代码重新安排不同的逻辑地址

根据链接的时间不同，分为三种

1、静态链接

• 在程序运行之前，将目标模块和库函数模块一起链接成一格完整的模块

链接时代码修改工作包括：
1、对相对地址进行修改:很多模块相对地址范围发生了变化，相应访存地址也需进行修改。
2、变换外部调用符号：将模块中所用的外部调用符号也都变换为相对地址。

缺点：静态链接简单，但将整个装入模块都装入内存，若其中多数代码并不执行，可能导致内存浪费

2、装入时动态链接

• 在程序装入内存的时候，一边装入一边链接。也即是在装入模块的时候，如果有需要用到一个模块，就开始调用这个模块，进行链接
  好处：实现多目标模块的共享，可以将一个目标模块链接到多个应用中

3、运行时动态链接

• 程序装入的时候，只是将最近的模块装入内存，更多的模块，推迟到执行相关函数的时候才将模块载入，进行链接
  优点：加快程序的装入、节省了内存，不需要的不用装入内存